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Cu基超浸润表面的制备与抗结冰、抗菌研究

激光刻蚀,Cu2O,超疏水,抗结冰,抗菌

热交换器在冬日工作时常常因为天气寒冷而出现冰冻现象，除此之外附着的表面微生物乃至细菌都对周围动物、人类的生命安全造成了威胁，这就需要在热交换器的研究中对抗结冰和抗菌这两块进行紧迫的研究。这项工作涉及在铜箔上制备纳米绒毛状的Cu₂O,表现出优异的抗菌和抗结冰特性。利用激光刻蚀加工铜板，其中激光波长：355nm，刻蚀频率：20 kHz，输出电流：10A，刻蚀速度：800mm/s，点雕刻时间：0.100ms，通过改变激光刻蚀加工的间距和次数来构造不同的微结构表面。采用FESEM、XRD和TEM分别对刻蚀后的形貌、结晶性和成分组成进行了表征。结果表明使用激光刻蚀制备了一种规则的微粗糙表面，经过化学修饰处理，达到超疏水状态，其中试样UV-D2F的WCA高达156.90±0.53°，滚动角WSA为1.70±0.20°。静态抗结冰实验结果表明，超疏水试样UV-D2F在-10℃时延缓结冰时间高达6669s。以大肠杆菌为革兰氏阴性模型，以金黄色葡萄球菌为革兰氏阳性模型的抑菌圈实验结果显示，激光刻蚀后含有Cu₂O的表面抑菌圈均大于原始铜表面,其中对金黄色葡萄球菌的抗菌效果更明显，FAS-17修饰的试样能够具备超疏水性能，其抑菌性能有所下降。所开发的制备方法简易便捷，以及该材料的超疏水性能大大强化了抗结冰性能和优良的抗菌性能。由于其协同作用的生物物理和生化生物杀菌抗结冰作用模式，在许多应用了确立了其可行性。